KR100565808B1 - 잉크분사장치의 노즐부 제작방법 - Google Patents
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Abstract
잉크분사장치의 노즐부는, 멤브레인상에 잉크챔버베리어의 형상에 대응하는 1차도금틀을 형성하고, 1차도금틀상에 도금에 의해 금속층을 형성하고, 1차도금틀상에 노즐공의 형상에 대응하는 2차도금틀을 형성하고, 1차도금틀 및 2차도금틀에 금속 도금을 하여 잉크챔버베리어 및 노즐플레이트를 일체로 형성하고, 1차도금틀 및 2차도금틀을 제거함으로써 제조된다. 잉크챔버를 갖는 잉크챔버베리어, 및 노즐공을 갖는 노즐플레이트는 일체로 형성되게 된다. 이에 의하면, 노즐플레이트의 형상이 균일하게 형성되며, 또한 노즐부의 제작 공정이 단순하게 된다. 또한, 잉크챔버베리어가 금속으로 제조되므로, 잉크챔버 내의 잉크와 잉크챔버베리어간의 반응이 방지되게 되어 잉크분사장치의 잉크분사작동이 안정적으로 수행되게 된다.
잉크, 도금, 노즐, 식각, 멤브레인
Description
도 1은 종래의 잉크분사장치의 단면도,
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 잉크분사장치의 노즐부 제작 과정을 순차적으로 도시한 도면,
도 도 5 내지 도 11은 본 발명에 따른 잉크분사장치의 노즐부 제작 과정을 순차적으로 도시한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
20 : 구동부 30 : 멤브레인
140 : 노즐부 145 : 잉크챔버베리어
147 : 노즐플레이트 149 :노즐공
157 : 잉크챔버 111, 112 : 도금틀
본 발명은 잉크젯 프린터(Inkjet Printer)나 팩시밀리 등의 잉크분사장치에 관한 것으로서, 특히, 잉크분사장치의 노즐부 제작방법에 관한 것이다.
잉크젯 프린터나 팩시밀리 등과 같은 출력장치의 프린터헤드에 사용되는 잉크분사장치는 잉크가 수용되어 있는 잉크챔버 내부에 물리적인 힘을 가하여 소정량의 잉크를 노즐을 통해 외부로 분사시킨다. 이러한 유체분사장치는 유체에 물리력을 가하는 방식에 따라 가열방식, 압전방식, 및 열압축방식 등으로 구분된다.
이 중에서 열압축 방식의 유체분사장치가 도 1에 도시되어 있다. 유체분사장치는 구동부(20), 멤브레인(30) 및 노즐부(40)로 구성되어 있다.
구동부(20)는 기판(15), 기판(15) 위에 적층되는 산화막(14), 작동유체챔버(27)를 갖는 작동유체배리어(25), 작동유체챔버(27)내에 개재되는 히터(16), 및 히터(16)에 연결되어 있는 도선(17)을 포함하여 구성된다.
노즐부(40)는 잉크챔버(57)를 갖는 잉크챔버배리어(45), 및 잉크챔버배리어(45)의 상부에 결합되는 노즐플레이트(47)를 포함하여 구성된다. 노즐플레이트(47)의 상면에는 잉크챔버(57) 내의 잉크를 분사하기 위한 노즐공(49)이 형성되어 있다.
멤브레인(30)은 잉크챔버배리어(45)와 작동유체배리어(25) 사이에 개재된다. 멤브레인(30)은 작동유체챔버(27)와 잉크챔버(57)를 상호 구획한다.
작동유체챔버(27) 내에는 헵테인 등과 같은 작동유체가 충진되며, 잉크챔버(57) 내에는 도시않은 잉크공급원으로부터 잉크가 지속적으로 공급된다.
도선(17)에 전류가 공급되면 히터(16)에서는 열이 발생되고, 이 열에 의해 작동유체챔버(27) 내의 작동유체가 가열되어 작동유체챔버(27) 내에 버블이 발생된다. 이 버블에 의해 작동유체챔버(27) 내부의 압력이 증가되어 멤브레인(30)이 변형되며, 이에 따라 잉크챔버(57)의 내부가 가압되어 노즐(49)을 통해 잉크가 유출된다.
히터(16)에 전류 공급이 중단되면, 버블이 소멸하여 멤브레인(30)이 복원된다. 이러한 히터(16)의 가열작동이 반복적으로 행해짐에 따라 잉크의 토출작업이 수행되게 된다.
상기와 같은 잉크분사장치를 제작하기 위해서는, 먼저 노즐부(20), 구동부(40), 및 멤브레인(30)이 별도의 공정에서 개별적으로 제작되고, 이렇게 제작된 각 부품을 결합한다. 도 2 내지 도 4에는 이러한 각 부품들 중 노즐부(20)의 제작 공정이 도시되어 있다.
먼저, 산화막(71)이 도포된 웨이퍼(70)의 중앙부에 도 2에 도시된 바와 같이 포토레지스터(PR, photo resistor)등과 같은 감광성폴리머(73)를 소정의 크기로 적층시킨다. 감광성폴리머(73)는 후술되는 바와 같이 노즐공(49)의 크기 및 형상에 대응된다. 이와 같이 원하는 크기와 형상의 감광성폴리머(73)를 얻기 위해서는, 먼저 웨이퍼(70)상에 감광성폴리머(73)의 층을 형성한 후 식각하는 방법이 사용된다. 도면에는 도시되어 있지 아니하나, 추후에 도금하는 공정 및 노즐부(40)와 웨이퍼(70)를 분리하는 공정을 용이하게 하기 위해, 산화막(71) 상에는 감광성폴리머(73)가 적층되기 전에 도전성 재질의 시드레이어(seed layer)가 먼저 적층된다.
감광성폴리머(73)의 적층이 완료되면, 웨이퍼(70)상에 니켈을 도금하여 노즐플레이트(47)를 형성한다. 시드레이어는 도전성 재질이고 감광성폴리머(73)는 절연성 재질이므로, 니켈은 감광성폴리머(73)를 제외한 웨이퍼(70) 상의 나머지 부분에만 도금되게 되며, 도금이 진행됨에 따라 감광성폴리머(73)의 높이보다 높게 도금되면 도 3에 도시된 바와 같이 감광성폴리머(73)의 연부를 조금 덮게 된다.
노즐플레이트(49)의 형성이 완료되면, 감광성폴리머(73)를 제거한다. 이를 위하여 웨이퍼(70) 상에 아세톤과 같은 유기용매를 살포하거나, 또는 웨이퍼(70)를 아세톤에 담그면, 감광성폴리머(73)가 녹아서 제거되게 된다. 이에 따라, 감광성폴리머(73)가 적층되어 있던 위치에 공간이 생겨 도 4에 도시된 바와 같이 노즐공(49)이 형성되게 된다.
그리고 나서, 노즐플레이트(47)에 폴리머를 적층시켜 잉크챔버배리어(45)를 형성한다. 이때, 잉크챔버베리어(45)를 얻기 위해서는, 폴리머를 노즐플레이트(47)상에 라미네이션(lanination) 공정에 의해 판상으로 적층시킨 후 필요한 부위를 식각한다. 이에 따라 노즐공(49) 주변의 공간만이 식각되어 도 4에 도시된 바와 같이 잉크챔버(57)를 갖는 잉크챔버배리어(45)가 얻어지게 된다. 이후, 웨이퍼(70)를 산화막(71)과 함께 제거함으로써 도 4에 도시된 바와 같은 노즐부(40)의 제작이 완료된다.
종래에는 상기한 바와 같은 공정을 거쳐 노즐부(40)를 제작하므로, 노즐부(40)의 제작공정이 복잡하여 전체적으로 잉크분사장치의 제작 공정이 복잡해지게 된다.
또한, 종래의 노즐 제작공정에 의하면, 노즐플레이트(47)의 제작시 도금이 옆으로 퍼져나가는 성질을 이용하기 때문에, 노즐공(49)의 경사진 각도 조절이 어렵게 된다. 또한, 박막 감광제 위에 도금이 될 때 도금은 균일하게 퍼져나가지 않기 때문에 노즐프레이트(47)의 두께가 균일하지 않게 된다. 또한, 노즐플레이트(47)를 후막필름으로 제작할 경우에는 레이저나 RIE(Reactive Ion Etching) 등을 사용하는데, 이 경우에는 노즐플레이트(47)의 형태가 균일하지 않게 된다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 구동부상에 노즐부를 직접 제작함으로써 제작 공정이 간단한 잉크분사장치의 노즐부 제작방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 노즐부의 노즐플레이트의 형상이 균일하고, 또한, 노즐공의 경사각 조절이 용이한 잉크분사장치의 노즐부 제작방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크분사장치의 노즐부 제작방법은, 멤브레인상에 잉크챔버베리어의 형상에 대응하는 1차도금틀을 형성하는 단계; 상기 1차도금틀상에 도금에 의해 금속층을 형성하는 단계; 상기 1차도금틀상에 노즐공의 형상에 대응하는 2차도금틀을 형성하는 단계; 상기 1차도금틀 및 상기 2차도금틀에 금속 도금을 하여 잉크챔버베리어 및 노즐플레이트를 일체로 형성하는 단계; 및 상기 1차도금틀 및 상기 2차도금틀을 제거하는 단계를 포함한다. 이에 의하면, 잉크챔버를 갖는 상기 잉크챔버베리어, 및 상기 노즐공을 갖는 상기 노즐플레이트가 일체로 형성되게 된다.
바람직하게는, 상기 1차도금틀 형성단계는, 상기 멤브레인상에 폴리머 재질의 1차도금틀층을 적층시키는 단계; 및 상기 잉크챔버베리어의 형상에 대응하는 형상으로 상기 1차도금틀층을 식각하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 2차도금틀 형성단계는, 상기 1차도금틀상에 폴리머 재질의 2차도금틀층을 적층시키는 단계; 및 상기 노즐공의 형상에 대응하는 형상으로 상기 2차도금틀층을 식각하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 잉크챔버베리어 및 상기 노즐플레이트는 니켈로 형성된다.
본 발명에 따르면, 노즐플레이트(149)의 형상이 균일하게 형성되며, 또한 노즐부의 제작 공정이 단순하게 된다. 또한, 잉크챔버베리어가 니켈 등과 같은 금속으로 제조되므로, 잉크챔버 내의 잉크와 잉크챔버베리어간의 반응이 방지되게 되어 잉크분사장치의 잉크분사작동이 안정적으로 수행되게 된다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 발명에 대한 설명에서, 노즐부를 제외한 구동부 및 멤브레인에 대한 구성과 제작방법은 도 1에 도시한 바와 같은 종래의 잉크분사장치와 동일하며, 그 상세한 설명은 생략된다. 또한, 이들 부위에 대해서는 동일한 참조부호를 부여한다.
도 5 내지 도 11은 본 발명에 따른 잉크분사장치의 노즐부 제작 과정을 순차적으로 도시한 것이다.
먼저, 본 발명에 따른 제작방법에 의해 노즐부(140)를 제작하기 위해서는 전술한 바와 같은 멤브레인(30)과 구동부(20)를 먼저 제작한다. 노즐부(140)는 멤브레인(30) 제작 후 멤브레인(30)상에 직접 제작될 수 있으며, 바람직하게는 본 실시예에서 도시된 바와 같이 멤브레인(30)과 구동부(20)의 결합공정이 수행된 후 멤브레인(30)상에 제작된다. 도 5 내지 도 10에서는, 구동부(20)의 구성은 간략하게 도시되어 있으며, 도 11에서는 완성된 노즐부(140)가 구동부(20)의 구체적 구성과 함께 도시되어 있다.
멤브레인(30)과 구동부(20)의 결합 공정이 완료되면, 멤브레인(30)상에 잉크챔버베리어(145)의 형상에 대응하는 1차도금틀(111)을 형성하는 공정을 수행한다. 이를 위하여, 먼저, 도 5에 도시된 바와 같이 멤브레인(30)상에 1차도금틀층(111a)을 적층시킨다. 1차도금틀층(111a)은 PR(photh resistor) 등과 같은 폴리머로 제조된다. 그리고 나서, 1차도금틀층(111a)의 특정 부위, 즉, 잉크챔버베리어(145)에 대응하는 부위를 식각함으로써 도 6에 도시된 바와 같은 1차도금틀(111)이 형성되게 된다.
1차도금틀(111)의 형성이 완료되면, 도 7에 도시된 바와 같이, 1차도금틀(111) 및 멤브레인(30)상에 금속층(120) 도금한다. 이 금속층(120)은 후 술하는 바와 같이 노즐부(140)의 도금에 의한 제작을 위해 사용된다.
금속층(120)의 형성이 완료되면, 1차도금틀(111)상에 노즐공(149)의 형상에 대응하는 2차도금틀(112)을 형성하는 공정을 수행한다. 이를 위하여, 먼저, 도 8에 도시된 바와 같이 1차도금틀(111)상에 2차도금틀층(112a)을 적층시킨다. 2차도금틀층(112a)은 1차도금틀층(111a)과 마찬가지로 PR(photh resistor) 등과 같은 폴리머로 제조된다. 그리고 나서, 2차도금틀층(111a)의 특정부위, 즉, 노즐공(149)에 대응하는 부위를 식각함으로써 도 9에 도시된 바와 같은 2차도금틀(112)이 형성되게 된다.
이와 같은 1차 및 2차도금틀(111, 112)을 형성하기 위해서는 통상적인 포토리토그래피(photolithography) 또는 플라즈마(plasma)식각 방법을 사용한다.
1차 및 2차도금틀(111, 112)의 형성이 완료되면, 도 10에 도시된 바와 같이, 멤브레인(30)상에 니켈 등과 같은 금속을 도금하여 잉크챔버베리어(145) 및 노즐플레이트(147)를 일체로 형성한다. 1차도금틀(111)에 금속층(120)이 형성되어 있으므로 도금 공정이 용이하게 수행되게 된다. 이때 1차도금틀(111)에 의해서는 잉크챔버베리어(145)가 형성되게 되며, 2차도금틀(122)에 의해서는 노즐플레이트(147) 및 노즐공(149)이 형성되게 된다.
이와 같이 잉크챔버베리어(145) 및 노즐플레이트(147)가 일체로 형성된 노즐부(140)의 제작이 완료되면, 1차 및 2차도금틀(111, 112)을 제거하는 공정이 수행된다. 도금틀(111, 112)을 제거하기 위해서는, 자외선을 쏘이거나, 또는 아세톤 계열의 솔벤트(solvent)와 플라즈마식각을 사용한다.
1차도금틀(111)을 제작한 후 시드레이어(seed layer)를 증착한 후 패터닝을 하여 시드레이어의 일부를 제거하면, 1차도금틀(111)이 감광성 필름, 후막 감광제, 또는 감광성 폴리아미드일 경우 1차도금틀(111)이 열에 의해 변형되는 것을 줄일 수 있다. 도금은 윗방향과 옆방향으로 성장하기 때문에, 제거된 시드레이어의 크기가 작을 경우 전체 도금되는 형상에는 변화가 없으며, 도금틀 제거가 쉽게 된다. 제2도금틀층(112)을 제거하고 시드레이어를 제거한 후 제1도금틀(111)을 제거한다. 만약, 시드레이어를 증착한 후 노즐공(149)을 패터닝(patterning)할 경우에는 시드레이어의 제거 공정이 필요없게 된다.
도금틀(111, 112)의 제거 공정이 완료되면, 본 발명에 따른 노즐부 제작 공정이 완료되어 도 11에 도시된 바와 같은 잉크분사장치가 얻어진다. 본 실시예에서는 열압축방식의 잉크분사장치에 사용되는 노즐부(140)의 제작 방법에 대해 도시 및 설명하고 있으나, 구동부(20)의 구성을 달리함으로써 정전인력방식 등 다른 방식으로 구동되는 잉크분사장치 제작시에도 본 발명에 따른 노즐부(140) 제작방법이 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따라 제작된 노즐부(140)는 다른 방식의 잉크분사장치에도 적용될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 구동부(20)와 멤브레인(30)의 제작 후에 멤브레인(30)상에 노즐부(140)를 직접 제작하는 예를 도시하고 있으나, 노즐부(140)를 멤브레인(30)상에 직접 제작하지 아니하고 일반적인 웨이퍼상에 제작하여 멤브레인(30)에 부착시키는 방식을 채용할 수도 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 노즐부(140)가 니켈 등과 같은 금속을 도금함으로써 형성되므로, 노즐플레이트(149)의 형상이 균일하게 형성될 수 있다. 또한, 잉크챔버베리어(145) 및 노즐플레이트(149)가 일체로 형성되므로 노즐부(140)의 제작 공정이 단순하며, 특히, 멤브레인(30)이 결합된 구동부(20) 상에 직접 노즐부(140)를 제작할 경우 제작 공정이 더욱 단순해진다.
또한, 본 발명에 따르면, 잉크챔버베리어(145)가 니켈 등과 같은 금속으로 제조되므로, 종래의 잉크분사장치에서 발생하는 문제인 잉크챔버(157) 내의 잉크와 잉크챔버베리어(145)간의 반응이 방지되게 되는 부수적 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 잉크분사장치의 잉크분사작동이 안정적으로 수행되게 된다.
Claims (4)
- 잉크분사장치의 노즐부 제작방법에 있어서,멤브레인상에 잉크챔버베리어의 형상에 대응하는 1차도금틀을 형성하는 단계;상기 1차도금틀상에 도금에 의해 금속층을 형성하는 단계;상기 1차도금틀상에 노즐공의 형상에 대응하는 2차도금틀을 형성하는 단계;상기 1차도금틀 및 상기 2차도금틀에 금속 도금을 하여 잉크챔버베리어 및 노즐플레이트를 일체로 형성하는 단계; 및상기 1차도금틀 및 상기 2차도금틀을 제거하여, 잉크챔버를 갖는 상기 잉크챔버베리어, 및 상기 잉크챔버베리어와 일체로 형성되며 상기 노즐공을 갖는 상기 노즐플레이트를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크분사장치의 노즐부 제작방법.
- 제 1항에 있어서,상기 1차도금틀 형성단계는,상기 멤브레인상에 폴리머 재질의 1차도금틀층을 적층시키는 단계; 및상기 잉크챔버베리어의 형상에 대응하는 형상으로 상기 1차도금틀층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크분사장치의 노즐부 제작방법.
- 제 2항에 있어서,상기 2차도금틀 형성단계는,상기 1차도금틀상에 폴리머 재질의 2차도금틀층을 적층시키는 단계; 및상기 노즐공의 형상에 대응하는 형상으로 상기 2차도금틀층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크분사장치의 노즐부 제작방법.
- 제 3항에 있어서,상기 잉크챔버베리어 및 상기 노즐플레이트는 니켈로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크분사장치의 노즐부 제작방법.
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